Χρήση τηλεπισκοπικών μεθόδων στην προσπάθεια ανίχνευσης πετρελαιοκηλίδων.

Από RemoteSensing Wiki

Πηγή

e-Research, A Journal of Undergraduate Work.

Τίτλος κειμένου

Utilizing Remote Sensing to Detect Deepwater Horizon Oil Spill Properties

Συγγραφέας

Amanda Kristedja

Εισαγωγή

Οι διαρροές πετρελαίου, ιδιαίτερα στην επιφάνεια των ωκεανών, αποτελούν έναν κίνδυνο που εμφανίστηκε στη γη από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Οι πηγές διαρροών περιλαμβάνουν πλατφόρμες άντλησης πετρελαίου και εγκαταστάσεις γεώτρησης στη μέση του ωκεανού καθώς και διαρροές από πετρελαιοφόρα και άλλα μεγάλα πλοία. Μερικά από τα περιβαλλοντικά προβλήματα που δημιουργούνται από πετρελαιοκηλίδες είναι ο τραυματισμός ή και ο θάνατος θαλάσσιων οργανισμών καθώς και η παρεμπόδιση των ακτίνων του ηλίου να προσεγγίσουν τους φυτικούς οργανισμούς του βυθού της θάλασσας. Η δυνατότητα ανίχνευσης πετρελαιοκηλίδων είναι ένα πολύ σημαντικό βήμα στην προσπάθεια εξάλειψής τους και ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για να πραγματοποιηθεί είναι η τηλεπισκόπηση. Ο σκοπός αυτού του άρθρου είναι η παρουσίαση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν από τη διαδικασία ανίχνευσης πετρελαιοκηλίδων μέσω τηλεπισκόπησης. Υπάρχουν διάφοροι τηλεπισκοπικοί δέκτες και όργανα για τον εντοπισμό της παρουσίας αλλά και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των διαρροών πετρελαίου. Τα δεδομένα που αναλύονται στην έρευνα προέρχονται από τους τηλεπισκοπικούς δέκτες της NASA και αφορούν τη μεγάλη διαρροή πετρελαίου στον κόλπο του Μεξικού το 2010. Η πλατφόρμα πετρελαίου Deepwater Horizon που βρισκόταν στον κόλπο του Μεξικού εξερράγη στις 20 Απριλίου 2010, με τις επιπτώσεις στον άνθρωπο και στο περιβάλλον να είναι ιδιαίτερα σημαντικές καθώς το συμβάν του κόλπου του Μεξικού αποτελεί τη μεγαλύτερη διαρροή από την έναρξη της εξόρυξης πετρελαίου από τον άνθρωπο. Βασικό υπόβαθρο της μελέτης αποτελούν οι εικόνες που παρείχε η NASA, οι οποίες συγκρίνονται για τις περιόδους πριν αλλά και μετά τη διαρροή.

Εφαρμογή

Η πηγή δεδομένων για την εργασία αυτή ήταν η διαδικτυακή εφαρμογή της NASA, Giovanni, που δίνει τη δυνατότητα ελεύθερης επεξεργασίας τηλεπισκοπικών δεδομένων. Οι τέσσερις δέκτες που χρησιμοποιούνται για το πείραμα αυτό είναι ο Sea WiFS στα 9km, ο MODIS-aqua στα 9km, ο MODIS-aqua στα 4km, και ο MODIS-terra στα 9km. Οι παράμετροι που μελετώνται στην εργασία είναι οι εξής τέσσερις: η συγκέντρωση χλωροφύλλης-α (chlorophyll a content), η συγκέντρωση διαλυμένων οργανικών ουσιών (cdom), η ανακλαστικότητα και η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας. Οι δέκτες Sea WiFS και MODIS-aqua έχουν τη δυνατότητα μέτρησης της συγκέντρωσης χλωροφύλλης, των διαλυμένων οργανικών ουσιών και της ανάκλασης σε μήκος κύματος 443nm. Ο MODIS-aqua και ο MODIS-terra δύνανται να μετρήσουν και τη θερμοκρασία της επιφάνειας των υδάτων. Οι τέσσερις παράμετροι που περιγράφηκαν παραπάνω, επιλέχθηκαν στη συγκεκριμένη έρευνα για να επιβεβαιώσουν την υπόθεση κατά την οποία αποτελούν ενδείξεις διαρροής πετρελαίου. Μία από τις υποθέσεις που γίνονται είναι πως με την παρουσία πετρελαιοκηλίδας, αυξάνεται η συγκέντρωση χλωροφύλλης-α. Οι απόψεις πάνω σε αυτήν την υπόθεση διίστανται, γεγονός που οδήγησε στην περαιτέρω διερεύνησή της στην παρούσα εργασία. Σύμφωνα με μια δεύτερη υπόθεση, η διαλυμένων οργανικών ουσιών στους ωκεανούς αυξάνεται επίσης μετά από μια διαρροή πετρελαίου. Επιπλέον, η ανακλαστικότητα είναι μεγαλύτερη σε υδάτινες επιφάνειες όπου υπάρχουν πετρελαιοκηλίδες, εξαιτίας των φυσικών ιδιοτήτων του πετρελαίου, το οποίο ανακλά σε μεγάλο βαθμό την ηλιακή ακτινοβολία. Η μειωμένη απορρόφηση ακτινοβολίας από το πετρέλαιο, οδηγεί στη μείωση της θερμοκρασίας της επιφάνειας των υδάτων στις περιοχές που συντελείται η διαρροή. Στα πλαίσια της εργασίας, με βάση τα δεδομένα από τους δορυφόρους της NASA, παρήχθησαν χάρτες για κάθε παράμετρο πριν και μετά το συμβάν της διαρροής στον κόλπο του Μεξικού. Οι χάρτες παρουσιάζουν τα δεδομένα με τη μορφή μιας χρωματικής κλίμακας που βοηθά στην απεικόνιση κάθε παραμέτρου. Το βαθύ μοβ χρώμα αντιστοιχεί στην ελάχιστη συγκέντρωση μιας παραμέτρου, ενώ το βαθύ κόκκινο χρώμα αντιστοιχεί στη μέγιστη συγκέντρωση.

Η ανακλαστικότητα σε μήκος κύματος 443nm μετρήθηκε επίσης μέσω του δέκτη MODIS-aqua στα 4km. Οι δύο χάρτες που παρήχθησαν για τον Απρίλιο κάθε έτους δείχνουν μεγαλύτερη ανακλαστικότητα στον ανοιχτό ωκεανό και μικρότερη κοντά στις ακτές. Τα δεδομένα όμως για τον Μάιο και τον Ιούνιο του 2010 απεικονίζουν μια αύξηση της ανακλαστικότητας κοντά στις ακτές. Τέλος, η συγκέντρωση διαλυμένων οργανικών ουσιών αναλύθηκε παρομοίως από τα δεδομένα του ίδιου δέκτη. Τον Απρίλιο του 2009 διακρίνονται μεγαλύτερες συγκεντρώσεις οργανικής ουσίας κοντά στις ακτές. Παρόμοιο είναι το πρότυπο και για τον Απρίλιο του 2010 αλλά οι συγκεντρώσεις τότε δεν είναι τόσο υψηλές. Γενικότερα οι συγκεντρώσεις το 2010 ήταν αισθητά μειωμένες. Τα δεδομένα για τον Ιούνιο του 2010 κατέδειξαν σχεδόν μηδενικές συγκεντρώσεις σε όλη την περιοχή.

Αποτελέσματα

Οι τελικοί χάρτες που προέκυψαν από τα δεδομένα των τεσσάρων δεκτών για κάθε παράμετρο, περιοχή και χρονική περίοδο, παρουσίασαν μεγάλες ομοιότητες μεταξύ τους. Εντούτοις, οι καλύτερες εικόνες προέκυψαν από το δέκτη MODIS-aqua στα 4km για αυτό και οι χάρτες που παρουσιάζονται προέρχονται κυρίως από δεδομένα του συγκεκριμένου δέκτη. Όσον αφορά στη θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας, ο δέκτης MODIS-terra στα 9km παρήγαγε τα ποιοτικότερα αποτελέσματα. Αρχικά για την ανίχνευση της συγκέντρωσης χλωροφύλλης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από το δέκτη MODIS-aqua στα 4km που ελήφθησαν τον Απρίλιο του 2009 και τον Απρίλιο του 2010. Είναι εμφανές από τους χάρτες ότι η συγκέντρωση χλωροφύλλης–α αυξάνεται κοντά στην πλατφόρμα πετρελαίου αλλά και στις ακτές που βρίσκονται πλησιέστερα αυτής μετά την έκρηξη. Παρόμοια αποτελέσματα προκύπτουν και από τα δεδομένα του δέκτη MODIS-terra για τις ίδιες χρονικές περιόδους για τη θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας. Η θερμοκρασία των υδάτων πλησίον των ακτών τον Απρίλιο του 2010 είναι μειωμένη σε σχέση με τον Απρίλιο του 2009, ενισχύοντας έτσι την αρχική υπόθεση. Συγκεκριμένα, οι ψυχρές θερμοκρασίες τον Απρίλιο του 2010 έχουν επεκταθεί σε μεγαλύτερες εκτάσεις και τον Ιούνιο του 2010 επεκτείνονται ακόμα πιο μακριά από τις ακτές. Η ανακλαστικότητα σε μήκος κύματος 443nm μετρήθηκε επίσης μέσω του δέκτη MODIS-aqua στα 4km. Οι δύο χάρτες που παρήχθησαν για τον Απρίλιο κάθε έτους δείχνουν μεγαλύτερη ανακλαστικότητα στον ανοιχτό ωκεανό και μικρότερη κοντά στις ακτές. Τα δεδομένα όμως για τον Μάιο και τον Ιούνιο του 2010 απεικονίζουν μια αύξηση της ανακλαστικότητας κοντά στις ακτές. Τέλος, η συγκέντρωση διαλυμένων οργανικών ουσιών αναλύθηκε παρομοίως από τα δεδομένα του ίδιου δέκτη. Τον Απρίλιο του 2009 διακρίνονται μεγαλύτερες συγκεντρώσεις οργανικής ουσίας κοντά στις ακτές. Παρόμοιο είναι το πρότυπο και για τον Απρίλιο του 2010 αλλά οι συγκεντρώσεις τότε δεν είναι τόσο υψηλές. Γενικότερα οι συγκεντρώσεις το 2010 ήταν αισθητά μειωμένες. Τα δεδομένα για τον Ιούνιο του 2010 κατέδειξαν σχεδόν μηδενικές συγκεντρώσεις σε όλη την περιοχή.

Συμπεράσματα

Τα περισσότερα από τα αποτελέσματα που παρήχθησαν σε αυτή την έρευνα συμβάδιζαν με τις αρχικές υποθέσεις. Η συγκέντρωση της χλωροφύλλης-α ήταν αυξημένη κοντά στην πλατφόρμα άντλησης του πετρελαίου αμέσως μετά την διαρροή ενώ στη συνέχεια αυξήθηκε κοντά στις ακτές και κυρίως προς τις ακτές της Φλόριντα, ακολουθώντας τη διαδρομή της πετρελαιοκηλίδας κατά την ίδια χρονική περίοδο. Κατά συνέπεια επιβεβαιώνεται η υπόθεση πως η χλωροφύλλη–α αυξάνεται με την παρουσία πετρελαίου. Παρόμοια αποτελέσματα προέκυψαν και για τη θερμοκρασία της επιφάνειας των υδάτων καθώς επιβεβαιώθηκε πως ήταν μειωμένη στις περιοχές που ανιχνεύθηκαν ποσότητες πετρελαίου. Οι δέκτες τον Ιούνιο του 2010 κατέγραψαν μικρότερες θερμοκρασίες ακόμα πιο μακριά από τις ακτές καθώς η πετρελαιοκηλίδα είχε μειωθεί και είχε επεκταθεί μακρύτερα από τις ακτές. Η ίδια επιβεβαίωση γίνεται και για την ανακλαστικότητα που είναι αρκετά μεγαλύτερη στις περιοχές της θάλασσας που έχει διαρρεύσει το πετρέλαιο. Φυσιολογικά το πετρέλαιο θα έπρεπε να απορροφά περισσότερο την ηλιακή ακτινοβολία λόγω του μαύρου χρώματός του. Όμως οι φυσικές ιδιότητές του το κάνουν να ανακλά περισσότερο από την καθαρή θάλασσα που έχει πολύ μικρή ανακλαστικότητα. Η παράμετρος που δεν έδωσε δεδομένα που να επιβεβαιώνουν την αρχική υπόθεση είναι η διαλυμένη οργανική ουσία. Αυτό ενδέχεται να οφείλεται στις προσπάθειες απομάκρυνσης του πετρελαίου κατά τους μήνες Μάιο και Ιούνιο του 2010 όπου οι οργανικές συγκεντρώσεις είναι μειωμένες. Μια άλλη πιθανή αιτία είναι η επιλογή λανθασμένου μήκους κύματος, οπότε σε αυτήν την περίπτωση ένας άλλος δέκτης σε διαφορετικά μήκη κύματος θα ήταν πιο κατάλληλος. Συνολικά, η εργασία αυτή κρίνεται επιτυχημένη στην επιλογή δεκτών για κάθε παράμετρο που εξετάστηκε. Τα αποτελέσματα δείχνουν σημαντικές μεταβολές στις περισσότερες παραμέτρους μετά τη μεγάλη διαρροή πετρελαίου του κόλπου του Μεξικού. Το γεγονός αυτό καταδεικνύει πως είναι αναγκαίο να διεξαχθούν περαιτέρω έρευνες με διαφορετικούς δέκτες και περισσότερα δεδομένα ώστε τα αποτελέσματα να είναι απολύτως αξιόπιστα και να μπορούν αυτοί οι δείκτες να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά στο μέλλον στην προσπάθεια ανίχνευσης διαρροών πετρελαίου.